HSE Home Hilbert Space Explorer < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  HSE Home  >  Th. List  >  isch3 Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem isch3 31270
Description: A Hilbert subspace is closed iff it is complete. A complete subspace is one in which every Cauchy sequence of vectors in the subspace converges to a member of the subspace (Definition of complete subspace in [Beran] p. 96). Remark 3.12 of [Beran] p. 107. (Contributed by NM, 24-Dec-2001.) (Revised by Mario Carneiro, 14-May-2014.) (New usage is discouraged.)
Assertion
Ref Expression
isch3 (𝐻C ↔ (𝐻S ∧ ∀𝑓 ∈ Cauchy (𝑓:ℕ⟶𝐻 → ∃𝑥𝐻 𝑓𝑣 𝑥)))
Distinct variable group:   𝑥,𝑓,𝐻

Proof of Theorem isch3
StepHypRef Expression
1 isch2 31252 . 2 (𝐻C ↔ (𝐻S ∧ ∀𝑓𝑥((𝑓:ℕ⟶𝐻𝑓𝑣 𝑥) → 𝑥𝐻)))
2 ax-hcompl 31231 . . . . . . . . . 10 (𝑓 ∈ Cauchy → ∃𝑥 ∈ ℋ 𝑓𝑣 𝑥)
3 rexex 3074 . . . . . . . . . 10 (∃𝑥 ∈ ℋ 𝑓𝑣 𝑥 → ∃𝑥 𝑓𝑣 𝑥)
42, 3syl 17 . . . . . . . . 9 (𝑓 ∈ Cauchy → ∃𝑥 𝑓𝑣 𝑥)
5 19.29 1871 . . . . . . . . 9 ((∀𝑥((𝑓:ℕ⟶𝐻𝑓𝑣 𝑥) → 𝑥𝐻) ∧ ∃𝑥 𝑓𝑣 𝑥) → ∃𝑥(((𝑓:ℕ⟶𝐻𝑓𝑣 𝑥) → 𝑥𝐻) ∧ 𝑓𝑣 𝑥))
64, 5sylan2 593 . . . . . . . 8 ((∀𝑥((𝑓:ℕ⟶𝐻𝑓𝑣 𝑥) → 𝑥𝐻) ∧ 𝑓 ∈ Cauchy) → ∃𝑥(((𝑓:ℕ⟶𝐻𝑓𝑣 𝑥) → 𝑥𝐻) ∧ 𝑓𝑣 𝑥))
7 id 22 . . . . . . . . . . . . . . 15 (((𝑓:ℕ⟶𝐻𝑓𝑣 𝑥) → 𝑥𝐻) → ((𝑓:ℕ⟶𝐻𝑓𝑣 𝑥) → 𝑥𝐻))
87imp 406 . . . . . . . . . . . . . 14 ((((𝑓:ℕ⟶𝐻𝑓𝑣 𝑥) → 𝑥𝐻) ∧ (𝑓:ℕ⟶𝐻𝑓𝑣 𝑥)) → 𝑥𝐻)
98an12s 649 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑓:ℕ⟶𝐻 ∧ (((𝑓:ℕ⟶𝐻𝑓𝑣 𝑥) → 𝑥𝐻) ∧ 𝑓𝑣 𝑥)) → 𝑥𝐻)
10 simprr 773 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑓:ℕ⟶𝐻 ∧ (((𝑓:ℕ⟶𝐻𝑓𝑣 𝑥) → 𝑥𝐻) ∧ 𝑓𝑣 𝑥)) → 𝑓𝑣 𝑥)
119, 10jca 511 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑓:ℕ⟶𝐻 ∧ (((𝑓:ℕ⟶𝐻𝑓𝑣 𝑥) → 𝑥𝐻) ∧ 𝑓𝑣 𝑥)) → (𝑥𝐻𝑓𝑣 𝑥))
1211ex 412 . . . . . . . . . . 11 (𝑓:ℕ⟶𝐻 → ((((𝑓:ℕ⟶𝐻𝑓𝑣 𝑥) → 𝑥𝐻) ∧ 𝑓𝑣 𝑥) → (𝑥𝐻𝑓𝑣 𝑥)))
1312eximdv 1915 . . . . . . . . . 10 (𝑓:ℕ⟶𝐻 → (∃𝑥(((𝑓:ℕ⟶𝐻𝑓𝑣 𝑥) → 𝑥𝐻) ∧ 𝑓𝑣 𝑥) → ∃𝑥(𝑥𝐻𝑓𝑣 𝑥)))
1413com12 32 . . . . . . . . 9 (∃𝑥(((𝑓:ℕ⟶𝐻𝑓𝑣 𝑥) → 𝑥𝐻) ∧ 𝑓𝑣 𝑥) → (𝑓:ℕ⟶𝐻 → ∃𝑥(𝑥𝐻𝑓𝑣 𝑥)))
15 df-rex 3069 . . . . . . . . 9 (∃𝑥𝐻 𝑓𝑣 𝑥 ↔ ∃𝑥(𝑥𝐻𝑓𝑣 𝑥))
1614, 15imbitrrdi 252 . . . . . . . 8 (∃𝑥(((𝑓:ℕ⟶𝐻𝑓𝑣 𝑥) → 𝑥𝐻) ∧ 𝑓𝑣 𝑥) → (𝑓:ℕ⟶𝐻 → ∃𝑥𝐻 𝑓𝑣 𝑥))
176, 16syl 17 . . . . . . 7 ((∀𝑥((𝑓:ℕ⟶𝐻𝑓𝑣 𝑥) → 𝑥𝐻) ∧ 𝑓 ∈ Cauchy) → (𝑓:ℕ⟶𝐻 → ∃𝑥𝐻 𝑓𝑣 𝑥))
1817ex 412 . . . . . 6 (∀𝑥((𝑓:ℕ⟶𝐻𝑓𝑣 𝑥) → 𝑥𝐻) → (𝑓 ∈ Cauchy → (𝑓:ℕ⟶𝐻 → ∃𝑥𝐻 𝑓𝑣 𝑥)))
19 nfv 1912 . . . . . . . 8 𝑥 𝑓 ∈ Cauchy
20 nfv 1912 . . . . . . . . 9 𝑥 𝑓:ℕ⟶𝐻
21 nfre1 3283 . . . . . . . . 9 𝑥𝑥𝐻 𝑓𝑣 𝑥
2220, 21nfim 1894 . . . . . . . 8 𝑥(𝑓:ℕ⟶𝐻 → ∃𝑥𝐻 𝑓𝑣 𝑥)
2319, 22nfim 1894 . . . . . . 7 𝑥(𝑓 ∈ Cauchy → (𝑓:ℕ⟶𝐻 → ∃𝑥𝐻 𝑓𝑣 𝑥))
24 bi2.04 387 . . . . . . . . 9 ((𝑓 ∈ Cauchy → (𝑓:ℕ⟶𝐻 → ∃𝑥𝐻 𝑓𝑣 𝑥)) ↔ (𝑓:ℕ⟶𝐻 → (𝑓 ∈ Cauchy → ∃𝑥𝐻 𝑓𝑣 𝑥)))
25 hlimcaui 31265 . . . . . . . . . . . 12 (𝑓𝑣 𝑥𝑓 ∈ Cauchy)
2625imim1i 63 . . . . . . . . . . 11 ((𝑓 ∈ Cauchy → ∃𝑥𝐻 𝑓𝑣 𝑥) → (𝑓𝑣 𝑥 → ∃𝑥𝐻 𝑓𝑣 𝑥))
27 rexex 3074 . . . . . . . . . . . . 13 (∃𝑥𝐻 𝑓𝑣 𝑥 → ∃𝑥 𝑓𝑣 𝑥)
28 hlimeui 31269 . . . . . . . . . . . . 13 (∃𝑥 𝑓𝑣 𝑥 ↔ ∃!𝑥 𝑓𝑣 𝑥)
2927, 28sylib 218 . . . . . . . . . . . 12 (∃𝑥𝐻 𝑓𝑣 𝑥 → ∃!𝑥 𝑓𝑣 𝑥)
30 exancom 1859 . . . . . . . . . . . . 13 (∃𝑥(𝑥𝐻𝑓𝑣 𝑥) ↔ ∃𝑥(𝑓𝑣 𝑥𝑥𝐻))
3115, 30sylbb 219 . . . . . . . . . . . 12 (∃𝑥𝐻 𝑓𝑣 𝑥 → ∃𝑥(𝑓𝑣 𝑥𝑥𝐻))
32 eupick 2631 . . . . . . . . . . . 12 ((∃!𝑥 𝑓𝑣 𝑥 ∧ ∃𝑥(𝑓𝑣 𝑥𝑥𝐻)) → (𝑓𝑣 𝑥𝑥𝐻))
3329, 31, 32syl2anc 584 . . . . . . . . . . 11 (∃𝑥𝐻 𝑓𝑣 𝑥 → (𝑓𝑣 𝑥𝑥𝐻))
3426, 33syli 39 . . . . . . . . . 10 ((𝑓 ∈ Cauchy → ∃𝑥𝐻 𝑓𝑣 𝑥) → (𝑓𝑣 𝑥𝑥𝐻))
3534imim2i 16 . . . . . . . . 9 ((𝑓:ℕ⟶𝐻 → (𝑓 ∈ Cauchy → ∃𝑥𝐻 𝑓𝑣 𝑥)) → (𝑓:ℕ⟶𝐻 → (𝑓𝑣 𝑥𝑥𝐻)))
3624, 35sylbi 217 . . . . . . . 8 ((𝑓 ∈ Cauchy → (𝑓:ℕ⟶𝐻 → ∃𝑥𝐻 𝑓𝑣 𝑥)) → (𝑓:ℕ⟶𝐻 → (𝑓𝑣 𝑥𝑥𝐻)))
3736impd 410 . . . . . . 7 ((𝑓 ∈ Cauchy → (𝑓:ℕ⟶𝐻 → ∃𝑥𝐻 𝑓𝑣 𝑥)) → ((𝑓:ℕ⟶𝐻𝑓𝑣 𝑥) → 𝑥𝐻))
3823, 37alrimi 2211 . . . . . 6 ((𝑓 ∈ Cauchy → (𝑓:ℕ⟶𝐻 → ∃𝑥𝐻 𝑓𝑣 𝑥)) → ∀𝑥((𝑓:ℕ⟶𝐻𝑓𝑣 𝑥) → 𝑥𝐻))
3918, 38impbii 209 . . . . 5 (∀𝑥((𝑓:ℕ⟶𝐻𝑓𝑣 𝑥) → 𝑥𝐻) ↔ (𝑓 ∈ Cauchy → (𝑓:ℕ⟶𝐻 → ∃𝑥𝐻 𝑓𝑣 𝑥)))
4039albii 1816 . . . 4 (∀𝑓𝑥((𝑓:ℕ⟶𝐻𝑓𝑣 𝑥) → 𝑥𝐻) ↔ ∀𝑓(𝑓 ∈ Cauchy → (𝑓:ℕ⟶𝐻 → ∃𝑥𝐻 𝑓𝑣 𝑥)))
41 df-ral 3060 . . . 4 (∀𝑓 ∈ Cauchy (𝑓:ℕ⟶𝐻 → ∃𝑥𝐻 𝑓𝑣 𝑥) ↔ ∀𝑓(𝑓 ∈ Cauchy → (𝑓:ℕ⟶𝐻 → ∃𝑥𝐻 𝑓𝑣 𝑥)))
4240, 41bitr4i 278 . . 3 (∀𝑓𝑥((𝑓:ℕ⟶𝐻𝑓𝑣 𝑥) → 𝑥𝐻) ↔ ∀𝑓 ∈ Cauchy (𝑓:ℕ⟶𝐻 → ∃𝑥𝐻 𝑓𝑣 𝑥))
4342anbi2i 623 . 2 ((𝐻S ∧ ∀𝑓𝑥((𝑓:ℕ⟶𝐻𝑓𝑣 𝑥) → 𝑥𝐻)) ↔ (𝐻S ∧ ∀𝑓 ∈ Cauchy (𝑓:ℕ⟶𝐻 → ∃𝑥𝐻 𝑓𝑣 𝑥)))
441, 43bitri 275 1 (𝐻C ↔ (𝐻S ∧ ∀𝑓 ∈ Cauchy (𝑓:ℕ⟶𝐻 → ∃𝑥𝐻 𝑓𝑣 𝑥)))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wb 206  wa 395  wal 1535  wex 1776  wcel 2106  ∃!weu 2566  wral 3059  wrex 3068   class class class wbr 5148  wf 6559  cn 12264  chba 30948  Cauchyccauold 30955  𝑣 chli 30956   S csh 30957   C cch 30958
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1792  ax-4 1806  ax-5 1908  ax-6 1965  ax-7 2005  ax-8 2108  ax-9 2116  ax-10 2139  ax-11 2155  ax-12 2175  ax-ext 2706  ax-rep 5285  ax-sep 5302  ax-nul 5312  ax-pow 5371  ax-pr 5438  ax-un 7754  ax-cnex 11209  ax-resscn 11210  ax-1cn 11211  ax-icn 11212  ax-addcl 11213  ax-addrcl 11214  ax-mulcl 11215  ax-mulrcl 11216  ax-mulcom 11217  ax-addass 11218  ax-mulass 11219  ax-distr 11220  ax-i2m1 11221  ax-1ne0 11222  ax-1rid 11223  ax-rnegex 11224  ax-rrecex 11225  ax-cnre 11226  ax-pre-lttri 11227  ax-pre-lttrn 11228  ax-pre-ltadd 11229  ax-pre-mulgt0 11230  ax-pre-sup 11231  ax-addf 11232  ax-mulf 11233  ax-hilex 31028  ax-hfvadd 31029  ax-hvcom 31030  ax-hvass 31031  ax-hv0cl 31032  ax-hvaddid 31033  ax-hfvmul 31034  ax-hvmulid 31035  ax-hvmulass 31036  ax-hvdistr1 31037  ax-hvdistr2 31038  ax-hvmul0 31039  ax-hfi 31108  ax-his1 31111  ax-his2 31112  ax-his3 31113  ax-his4 31114  ax-hcompl 31231
This theorem depends on definitions:  df-bi 207  df-an 396  df-or 848  df-3or 1087  df-3an 1088  df-tru 1540  df-fal 1550  df-ex 1777  df-nf 1781  df-sb 2063  df-mo 2538  df-eu 2567  df-clab 2713  df-cleq 2727  df-clel 2814  df-nfc 2890  df-ne 2939  df-nel 3045  df-ral 3060  df-rex 3069  df-rmo 3378  df-reu 3379  df-rab 3434  df-v 3480  df-sbc 3792  df-csb 3909  df-dif 3966  df-un 3968  df-in 3970  df-ss 3980  df-pss 3983  df-nul 4340  df-if 4532  df-pw 4607  df-sn 4632  df-pr 4634  df-op 4638  df-uni 4913  df-iun 4998  df-br 5149  df-opab 5211  df-mpt 5232  df-tr 5266  df-id 5583  df-eprel 5589  df-po 5597  df-so 5598  df-fr 5641  df-we 5643  df-xp 5695  df-rel 5696  df-cnv 5697  df-co 5698  df-dm 5699  df-rn 5700  df-res 5701  df-ima 5702  df-pred 6323  df-ord 6389  df-on 6390  df-lim 6391  df-suc 6392  df-iota 6516  df-fun 6565  df-fn 6566  df-f 6567  df-f1 6568  df-fo 6569  df-f1o 6570  df-fv 6571  df-riota 7388  df-ov 7434  df-oprab 7435  df-mpo 7436  df-om 7888  df-1st 8013  df-2nd 8014  df-frecs 8305  df-wrecs 8336  df-recs 8410  df-rdg 8449  df-er 8744  df-map 8867  df-pm 8868  df-en 8985  df-dom 8986  df-sdom 8987  df-sup 9480  df-inf 9481  df-pnf 11295  df-mnf 11296  df-xr 11297  df-ltxr 11298  df-le 11299  df-sub 11492  df-neg 11493  df-div 11919  df-nn 12265  df-2 12327  df-3 12328  df-4 12329  df-n0 12525  df-z 12612  df-uz 12877  df-q 12989  df-rp 13033  df-xneg 13152  df-xadd 13153  df-xmul 13154  df-icc 13391  df-seq 14040  df-exp 14100  df-cj 15135  df-re 15136  df-im 15137  df-sqrt 15271  df-abs 15272  df-topgen 17490  df-psmet 21374  df-xmet 21375  df-met 21376  df-bl 21377  df-mopn 21378  df-top 22916  df-topon 22933  df-bases 22969  df-lm 23253  df-haus 23339  df-cau 25304  df-grpo 30522  df-gid 30523  df-ginv 30524  df-gdiv 30525  df-ablo 30574  df-vc 30588  df-nv 30621  df-va 30624  df-ba 30625  df-sm 30626  df-0v 30627  df-vs 30628  df-nmcv 30629  df-ims 30630  df-hnorm 30997  df-hvsub 31000  df-hlim 31001  df-hcau 31002  df-ch 31250
This theorem is referenced by:  chcompl  31271  occl  31333
  Copyright terms: Public domain W3C validator